于貴瑞 朱劍興 徐 麗 何念鵬

中國科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所 中國科學(xué)院生態(tài)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)觀測與模擬重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 北京 100101

2030 年前碳達(dá)峰、2060 年前碳中和已成為中國重要的長期戰(zhàn)略目標(biāo)，必須統(tǒng)籌“減排、保碳、增匯、封存”4 個(gè)技術(shù)途徑的宏觀布局，協(xié)調(diào)“脫碳能源轉(zhuǎn)型、減排產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整、增匯生態(tài)環(huán)境建設(shè)”3 個(gè)新型生態(tài)經(jīng)濟(jì)及產(chǎn)業(yè)的協(xié)同發(fā)展。陸地生態(tài)系統(tǒng)具有巨大的碳匯能力，鞏固和提升其碳匯功能是實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰、碳中和（以下簡稱“雙碳”）目標(biāo)的重要途徑之一[1,2]。推進(jìn)生態(tài)系統(tǒng)碳匯功能保護(hù)與提升的關(guān)鍵技術(shù)和優(yōu)化模式的示范應(yīng)用，研發(fā)生物和生態(tài)碳捕集、利用與封存（CCUS）新技術(shù)[3]是落實(shí)國家碳中和戰(zhàn)略的迫切需要。

生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)過程、固碳機(jī)制和增匯原理，一直是近年的熱點(diǎn)研究內(nèi)容[4]。以往的立地尺度、景觀尺度的生態(tài)學(xué)過程研究，以及區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)與氣候系統(tǒng)的反饋研究，已經(jīng)奠定了區(qū)域固碳增匯技術(shù)研發(fā)的理論基礎(chǔ)[5]。當(dāng)前，鞏固和提升生態(tài)系統(tǒng)碳匯功能的主要科技任務(wù)包括：① 強(qiáng)化國土空間規(guī)劃和用途管控，嚴(yán)守生態(tài)保護(hù)紅線，穩(wěn)定現(xiàn)有森林、草原、濕地、濱海、凍土等生態(tài)系統(tǒng)的碳儲(chǔ)量；② 實(shí)施自然保護(hù)工程與生態(tài)修復(fù)工程，提升生態(tài)系統(tǒng)質(zhì)量及碳匯功能；③ 統(tǒng)籌現(xiàn)有天然生態(tài)系統(tǒng)、自然恢復(fù)的次生生態(tài)系統(tǒng)、人工恢復(fù)重建的生態(tài)系統(tǒng)等，綜合提升碳匯能力[6,7]。

經(jīng)過長期研究，科研人員針對(duì)不同類型的生態(tài)系統(tǒng)已開發(fā)出眾多行之有效的碳保護(hù)及碳匯提升的技術(shù)方法。然而，在國家“雙碳”目標(biāo)下，如何有效評(píng)估這些技術(shù)的經(jīng)濟(jì)可行性、碳匯功能的穩(wěn)定性和可持續(xù)性，以及在區(qū)域及全國范圍集成應(yīng)用和實(shí)驗(yàn)示范等問題尚未解決[8]。本研究重點(diǎn)圍繞我國陸地生態(tài)系統(tǒng)的碳匯功能保護(hù)和提升關(guān)鍵技術(shù)及其示范應(yīng)用開展討論，旨在為國家制定國土空間規(guī)劃和用途管控、生態(tài)保護(hù)修復(fù)重大工程及區(qū)域碳匯技術(shù)集成應(yīng)用等提供參考。

1 基于自然解決方案的生態(tài)系統(tǒng)碳匯能力鞏固和提升原則

在覆蓋全國范圍的陸地和濱海疆域內(nèi)實(shí)施跨區(qū)域、跨行業(yè)的“雙碳”行動(dòng)，是一個(gè)涉及政治、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)發(fā)展和生態(tài)建設(shè)的巨大生態(tài)系統(tǒng)工程，需要貫徹基于自然解決方案（nature-based solutions，NbS）的空間優(yōu)化布局、資源環(huán)境合理配置的系統(tǒng)工程理念，普及生態(tài)系統(tǒng)碳庫保護(hù)和碳匯功能提升關(guān)鍵技術(shù)。NbS 核心理念是尊重自然規(guī)律、依據(jù)自然條件、利用自然過程，因地制宜地制定基于生態(tài)系統(tǒng)途徑的典型類型生態(tài)系統(tǒng)碳匯提升方案；以及在區(qū)域上制定基于宏生態(tài)系統(tǒng)途徑的碳庫保護(hù)和碳匯功能提升方案，優(yōu)化管理區(qū)域的自然-經(jīng)濟(jì)-社會(huì)復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)社會(huì)、經(jīng)濟(jì)和生態(tài)環(huán)境效益的協(xié)調(diào)統(tǒng)一。NbS 以生物圈與環(huán)境系統(tǒng)演變?cè)?、宏系統(tǒng)間的偶聯(lián)性原理、生態(tài)系統(tǒng)的整體性原理、人類與自然和諧共生理論為科學(xué)依據(jù)，構(gòu)建山水林田湖草沙冰與人類社會(huì)的生命共同體，實(shí)現(xiàn)水-土-氣-生的自然環(huán)境及資源時(shí)空格局優(yōu)化配置。因此，在基于 NbS 制定不同區(qū)域及國家層面應(yīng)對(duì)碳中和的生態(tài)系統(tǒng)碳匯提升方案時(shí)，需要遵循以下 4 個(gè)原則。

1.1 生態(tài)碳匯提升需要與國土空間主體功能區(qū)劃相協(xié)調(diào)

提升生態(tài)系統(tǒng)碳匯的實(shí)施方案必須與現(xiàn)有的國土空間主體功能區(qū)劃相協(xié)調(diào)，辨識(shí)出重要自然碳匯功能區(qū)、人工增匯功能區(qū)，進(jìn)而融合到國家重要生態(tài)保護(hù)區(qū)、生態(tài)紅線區(qū)及生態(tài)修復(fù)重大工程區(qū)的布局之中，強(qiáng)化國土空間范圍內(nèi)的各特定地域“山水林田湖草沙冰”和“洋海灣島礁岸”的整體治理。中國的生態(tài)碳匯地理格局及自然區(qū)劃是制定碳中和行動(dòng)方案空間布局的基礎(chǔ)。應(yīng)按照自然地理?xiàng)l件，統(tǒng)籌規(guī)劃國土空間的碳匯功能區(qū)域，優(yōu)先選擇重要生態(tài)關(guān)鍵帶（ecologically critical zone），布局生態(tài)系統(tǒng)增匯技術(shù)集成模式的實(shí)驗(yàn)示范。

1.2 生態(tài)碳匯提升需要融入自然保護(hù)及生態(tài)建設(shè)事業(yè)

國家層次的生態(tài)碳匯鞏固和提升戰(zhàn)略，必須在整個(gè)國土空間上實(shí)施；而且，區(qū)域碳匯功能提升技術(shù)模式也必須依據(jù)區(qū)域自然地理?xiàng)l件決定的生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)力和經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展?fàn)顩r，其生態(tài)工程建設(shè)應(yīng)滿足于自然地理?xiàng)l件、經(jīng)濟(jì)社會(huì)狀況及科學(xué)技術(shù)能力的約束[1]。中國的宏觀地貌、地理和氣候格局決定了主要碳匯功能區(qū)的基本空間格局[9,10]。廣袤的山地森林具有強(qiáng)大的固碳功能，并且當(dāng)前我國大多數(shù)山地森林還正處于生態(tài)恢復(fù)階段，是重要的潛在增匯區(qū)。此外，我國的海岸帶、河岸帶、交通線（路岸帶）、城市綠地（綠化帶）等是近年來的國土綠化重要區(qū)域，具有很大的增匯潛力?！度珖匾鷳B(tài)系統(tǒng)保護(hù)和修復(fù)重大工程總體規(guī)劃（2021—2035 年）》提出的“三區(qū)”（青藏高原生態(tài)屏障區(qū)、黃河重點(diǎn)生態(tài)區(qū)、長江重點(diǎn)生態(tài)區(qū)）、“四帶”（東北森林帶、北方防沙帶、南方丘陵山地帶、海岸帶）生態(tài)保護(hù)和修復(fù)規(guī)劃是指導(dǎo)國家碳匯功能區(qū)規(guī)劃基礎(chǔ)，也是生態(tài)碳匯提升宏觀決策的重要依據(jù)。

1.3 生態(tài)系統(tǒng)碳匯功能提升需要結(jié)合歷史文化傳承和鄉(xiāng)村振興行動(dòng)

全國生態(tài)系統(tǒng)增匯工程布局應(yīng)與自然和文化遺產(chǎn)保護(hù)、生物多樣性保護(hù)和區(qū)域發(fā)展相結(jié)合。中國具有悠久的歷史和文化遺產(chǎn)，許多地理空間不僅是自然和文化遺產(chǎn)的承載體和分布區(qū)，也是重要的生物多樣性及生態(tài)碳匯功能區(qū)。保護(hù)分布在全國不同疆域、千姿百態(tài)的名山大川、祠院寺廟、遺跡等自然和文化遺產(chǎn)必須以對(duì)自然景觀、生態(tài)系統(tǒng)及人文環(huán)境等載體的保護(hù)和恢復(fù)為前提，實(shí)現(xiàn)碳匯保持與人類文明延續(xù)相結(jié)合。與此同時(shí)，鞏固拓展脫貧成果、全面推進(jìn)鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略是我國社會(huì)發(fā)展的重要目標(biāo)。大別山區(qū)、大興安嶺南麓山區(qū)、滇桂黔石漠化區(qū)、滇西邊境山區(qū)、西藏、新疆南疆四地州等 14 個(gè)原集中連片特困區(qū)面積約占國土總面積的 41.74%，這些原集中連片特困區(qū)具有高碳儲(chǔ)量、高人均碳匯能力的區(qū)域特征。因此，如何協(xié)調(diào)貧困區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展、資源開發(fā)利用、生態(tài)環(huán)境保護(hù)及鞏固提升生態(tài)碳匯功能，備受政府和公眾的關(guān)注。需要建立生態(tài)碳匯產(chǎn)品價(jià)值實(shí)現(xiàn)機(jī)制，通過碳匯交易、碳匯稅、財(cái)政轉(zhuǎn)移支付等機(jī)制，以保障貧困區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展與環(huán)境協(xié)調(diào)的雙贏，實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)與生態(tài)恢復(fù)、美麗中國建設(shè)和鄉(xiāng)村振興的協(xié)同。

1.4 生態(tài)碳匯功能提升及實(shí)施應(yīng)與區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)管理相結(jié)合

鞏固和提升生態(tài)碳匯功能區(qū)固碳能力的核心技術(shù)是基于自然的區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)綜合管理，普及和應(yīng)用“生態(tài)保護(hù)-生態(tài)恢復(fù)-鄉(xiāng)村振興-保碳增匯”多目標(biāo)兼容的區(qū)域生態(tài)管理模式。過去幾十年來，我國在典型生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)-過程-功能作用機(jī)制研究基礎(chǔ)上，研發(fā)了農(nóng)田土壤、人工林、天然次生林、草地、濕地、荒漠綠洲等生態(tài)系統(tǒng)固碳增匯技術(shù)，并針對(duì)不同地理區(qū)域研制了多樣的生態(tài)系統(tǒng)管理模式，為各碳匯功能區(qū)的保碳增匯提供了豐富的技術(shù)儲(chǔ)備（表 1）。這些技術(shù)或模式大多具有長期觀測試驗(yàn)基礎(chǔ)，并經(jīng)過觀測數(shù)據(jù)驗(yàn)證。然而，當(dāng)前的一些忽視自然規(guī)律、過度追求“人為碳匯”的行為卻值得關(guān)注。例如，在干旱半干旱荒漠盲目地大規(guī)模種植森林或灌木林，不僅增匯效果十分有限，還會(huì)造成土壤流失和碳庫丟失[11]。又如，一些地區(qū)以森林是重要碳匯為理由，將大面積濕地改為林地。這種土地利用轉(zhuǎn)換（尤其在高海拔或高緯度地區(qū)）將會(huì)加速土壤有機(jī)質(zhì)的分解，造成土壤碳匯丟失，其綜合的增匯功能值得商榷[5]。

表1 人為管理措施對(duì)生態(tài)系統(tǒng)碳匯效應(yīng)的影響及其定性評(píng)價(jià)Table 1 Effect of artificial managements on carbon sequestration of ecosystems and their qualitative evaluation

2 提升生態(tài)系統(tǒng)碳匯功能的途徑及其關(guān)鍵技術(shù)

從《京都議定書》（1997 年）、《哥本哈根協(xié)議》（2009 年）到《格拉斯哥氣候公約》（2021年），生態(tài)系統(tǒng)碳保護(hù)和增匯都被認(rèn)為是最綠色、最經(jīng)濟(jì)、最具規(guī)模效益的技術(shù)途徑[12,13]。過去幾十年，中國生態(tài)環(huán)境建設(shè)取得了巨大成就，為生態(tài)碳庫保護(hù)和碳匯能力提升奠定了基礎(chǔ)，對(duì)構(gòu)建當(dāng)下的生態(tài)建設(shè)與固碳增匯協(xié)同的理論體系、應(yīng)用技術(shù)和模式也具有重大意義。在此基礎(chǔ)上，還應(yīng)從地質(zhì)系統(tǒng)碳循環(huán)、地表系統(tǒng)碳循環(huán)、生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)、人文社會(huì)系統(tǒng)碳循環(huán)耦合的新視角，建立支撐“雙碳”戰(zhàn)略的地球系統(tǒng)碳循環(huán)的理論及人為調(diào)控體系。在致力于發(fā)展地質(zhì)工程的 CCUS 理論和技術(shù)的同時(shí)[2]，更加重視新型基于生物學(xué)或生態(tài)學(xué)理論的 CCUS（Bio-CCUS 或 Eco-CCUS）的開發(fā)應(yīng)用。

2.1 傳統(tǒng)的農(nóng)林業(yè)減排增匯技術(shù)途徑

傳統(tǒng)的農(nóng)林業(yè)減排增匯技術(shù)，主要包括造林、再造林和森林管理、農(nóng)業(yè)保護(hù)性耕作、畜牧業(yè)減排、草地和濕地管理、濱海生態(tài)工程（如藍(lán)碳養(yǎng)殖業(yè)）等綠色低碳減排或增匯技術(shù)措施[8,12]。當(dāng)前應(yīng)致力于應(yīng)用和發(fā)展的技術(shù)措施包括：① 實(shí)施生態(tài)保護(hù)修復(fù)重大工程，開展不同地理單元的山水林田湖草沙冰一體化保護(hù)和修復(fù)，持續(xù)增加森林面積和蓄積量。② 大力推進(jìn)國土綠化行動(dòng)，鞏固退耕還林還草成果，實(shí)施森林質(zhì)量精準(zhǔn)提升工程。③ 采取多樣化的森林經(jīng)營和管理措施，如延長森林間伐時(shí)間、人工林撫育、防火和病蟲害防治等。④ 加強(qiáng)草原生態(tài)保護(hù)修復(fù)，強(qiáng)化內(nèi)陸河岸、湖泊和沼澤濕地保護(hù)。⑤ 整體推進(jìn)濱海（濕地）生態(tài)保護(hù)和修復(fù)，尤其是紅樹林、海草床、鹽沼等保護(hù)。⑥ 開展耕作制度變革及耕地質(zhì)量提升行動(dòng)，實(shí)施黑土、黃土和紅壤的保護(hù)工程，提升土壤碳庫及其穩(wěn)定性。⑦ 加強(qiáng)內(nèi)陸鹽堿土和巖溶區(qū)域地質(zhì)碳匯功能的研究與開發(fā)（表 1）。

相關(guān)研究表明，農(nóng)業(yè)的保護(hù)性耕作和有機(jī)肥使用等措施的固碳潛力每年約 1.4 億—1.7 億噸 CO2[14]；草地圍欄和種草等措施的固碳潛力每年約 0.6—0.8 億噸 CO2[8,15,16]。然而，上述這些增匯潛力還都是基于小范圍、短時(shí)間的調(diào)查結(jié)果推測獲得，仍存在較大的不確定性，并且其經(jīng)濟(jì)可行性尚待研究。

2.2 生態(tài)工程的增匯途徑

生態(tài)工程增匯模式的構(gòu)建需要統(tǒng)籌國土空間綠化與生態(tài)環(huán)境治理，圍繞提升森林、農(nóng)田、草地、荒漠、內(nèi)陸濕地、湖泊、濱海濕地、近海養(yǎng)殖業(yè)等生態(tài)碳匯功能，挖掘現(xiàn)有成熟技術(shù)，整合形成適用于景觀、流域到區(qū)域的系統(tǒng)化技術(shù)模式。應(yīng)充分總結(jié)各類生態(tài)系統(tǒng)定位觀測、研究和增匯相關(guān)技術(shù)研發(fā)和示范成果，匯集碳匯功能提升的技術(shù)模式庫，支撐區(qū)域碳匯綜合示范。

過去幾十年，科學(xué)家已經(jīng)發(fā)展和系統(tǒng)總結(jié)了眾多行之有效的生態(tài)增匯措施（表 1），如造林再造林、退耕還林、天然草地封育等[6,8]。然而，在落實(shí)碳中和戰(zhàn)略的應(yīng)用過程中，亟待科學(xué)評(píng)估這些增匯技術(shù)的碳匯效應(yīng)、時(shí)間可持續(xù)性、空間適用性、經(jīng)濟(jì)可行性，分級(jí)和分類型地推薦可以大規(guī)模推廣的生態(tài)工程增匯措施。我國的新增造林、路岸河岸帶和城市綠地生態(tài)建設(shè)規(guī)模還在不斷增大，依據(jù)國家統(tǒng)計(jì)的各省新造林和城市綠地面積，結(jié)合各區(qū)域所對(duì)應(yīng)的固碳速率分析表明，實(shí)施新規(guī)劃的生態(tài)恢復(fù)和國土綠化工程具有巨大的固碳潛力，新增造林及城市綠地預(yù)計(jì)具有每年 0.3 億—0.8 億噸 CO2的固碳潛力[17]。

2.3 新型生物/生態(tài)碳捕集、利用與封存途徑

Bio-CCUS 或 Eco-CCUS 是指通過提升陸地生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)力途徑來更多地固定大氣 CO2，并將其轉(zhuǎn)換為有機(jī)生物質(zhì)，進(jìn)而作為能源、化工或建筑材料替代化石產(chǎn)品，或直接埋藏或地質(zhì)封存。光合作用是地球上最大規(guī)模的能量和物質(zhì)轉(zhuǎn)換過程，是高效轉(zhuǎn)換光能固定 CO2的自然過程，可為 Bio-CCUS 或 Eco-CCUS 提供充足原料。

（1）利用分子生物學(xué)原理，研發(fā)高新生物固碳技術(shù)。分子生物學(xué)的轉(zhuǎn)基因及分子設(shè)計(jì)等技術(shù)正在快速發(fā)展，為開發(fā)生物碳匯封存提供了潛在技術(shù)，在構(gòu)建 CO2高效生物利用或封存的技術(shù)模式集成體系方面具有廣泛的應(yīng)用前景。潛在的技術(shù)突破包括：① 利用分子生物學(xué)的技術(shù)改良光合生物的捕光、固碳和代謝途徑，提升生物光合固碳效率；② 改良篩選出更高效的固碳、抗鹽堿或抗干旱的樹種和草種；③ 有可能培育出高效固碳且減污的微生物或水生植物。

（2）基于現(xiàn)代生物合成原理，開發(fā)人工模擬光合作用新技術(shù)?，F(xiàn)代生物技術(shù)的發(fā)展為生物改良及模擬光合作用的技術(shù)突破提供了條件。人工利用和模擬生物光合作用，將陽光、水和 CO2轉(zhuǎn)化為碳水化合物的技術(shù)突破，有可能為 Bio-CCUS 或 Eco-CCUS 提供顛覆性關(guān)鍵技術(shù)。潛在的技術(shù)突破領(lǐng)域包括：① 發(fā)展化學(xué)與生物催化相耦合技術(shù)，構(gòu)建形成簡單的固碳淀粉人工合成途徑[18]。② 挖掘生物酶催化劑，突破自然界淀粉合成的復(fù)雜調(diào)控障礙。③ 開發(fā)模塊組裝優(yōu)化與時(shí)空分離策略，解決人工碳固定途徑中的底物競爭、產(chǎn)物抑制等問題。④ 突破應(yīng)用技術(shù)的成本限制，提高人工固碳技術(shù)的應(yīng)用價(jià)值和產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。

（3）利用污染或廢棄地等土地資源，發(fā)展生物/生態(tài)固碳技術(shù)。中國存在一些污染土地、污染濕地、廢棄礦區(qū)等土地資源。這些土地雖然不適合種植人畜食用的農(nóng)作物，但可以用于種植高光效的高生物量植物（如楊樹、芨芨草、蓖麻、玉米、甜高粱、甘蔗等）；這些植物生產(chǎn)的生物量既可以作為生物能源和生物化工原料，也可以將收獲物壓縮為顆?；蛘咛炕笾苯勇癫?，實(shí)現(xiàn)長期的碳封存。以種植玉米或高粱為例，每公頃每年可收獲秸稈和籽粒 30 噸，其年凈碳固持速率可達(dá) 49.4 噸 CO2/公頃；如果按 CCUS 途徑的每噸 CO2的價(jià)格為 1 300—2 000 元計(jì)算，則其單位面積的碳匯經(jīng)濟(jì)效應(yīng)甚至?xí)^傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)種植的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

（4）利用農(nóng)業(yè)和林業(yè)殘余生物量，發(fā)展生物/生態(tài)固碳技術(shù)。森林和農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)每年會(huì)產(chǎn)生大量的廢棄物或秸稈生物質(zhì)，是巨大的生物資源。Yan 等[19]通過生物量熱值研究發(fā)現(xiàn)中國陸地生態(tài)系統(tǒng)每年新增有機(jī)物質(zhì)積累非常巨大；因此，利用好森林更新、砍伐、撫育所移除的生物量將提供巨大的生物質(zhì)替代能源，助力“雙碳”目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。根據(jù)相關(guān)研究，中國現(xiàn)存林植被生物量增長速率在 2035—2040 年有可能達(dá)到峰值[11,20]。因此，需要采用必要的次生林撫育及合理的采伐才能夠穩(wěn)定和提升其生產(chǎn)力，同時(shí)這也有利于防止森林火災(zāi)和病蟲害導(dǎo)致的碳泄漏。這個(gè)研究結(jié)果為未來的森林木材擇伐或撫育提供了理論依據(jù)，也為開展森林生物量的生物質(zhì)發(fā)電或生物碳封存技術(shù)開發(fā)等提供應(yīng)用前景。假設(shè)將當(dāng)年森林生產(chǎn)力的 1/4 移除生態(tài)系統(tǒng)，則其規(guī)?？赡茉?3 億立方米木材（或當(dāng)量的枝葉）左右，相當(dāng)于每年約有 2.7 億—3.0 億噸 CO2的森林生物量可以被用于 Eco-CCUS。另外，我國的糧食年產(chǎn)量約 6.5 億噸，其作物秸稈年生產(chǎn)量約 10.7 億噸 CO2；若扣除用于秸稈還田、農(nóng)村家庭能源利用、牲畜消耗的量（約為總量的 70%）將剩余 30% 的秸稈用于 Eco-CCUS，其年增匯潛力最高可達(dá) 3.2 億噸 CO2。類似地，加強(qiáng)廢棄家具、建筑材料等封存處理，也將是一項(xiàng)不可忽視的碳匯。

3 中國生態(tài)碳匯功能提升的整體目標(biāo)及實(shí)現(xiàn)途徑

確定中國的生態(tài)碳匯功能提升目標(biāo)及實(shí)現(xiàn)途徑是極具挑戰(zhàn)的科學(xué)問題。這里我們采用 NbS 的碳中和理念和已有數(shù)據(jù)的粗略估計(jì)，提出一個(gè)潛在的中國生態(tài)碳匯功能提升目標(biāo)。雖然該目標(biāo)的設(shè)定具有較高的不確定性，還有待后續(xù)科學(xué)研究的確定及社會(huì)實(shí)踐的證實(shí)，但可以作為我國鞏固提升生態(tài)碳匯功能的參考愿景。

3.1 現(xiàn)有的生態(tài)系統(tǒng)碳庫、碳匯能力及功能提升目標(biāo)

過去 30 年，中國生態(tài)建設(shè)極大地提升了陸地生態(tài)系統(tǒng)的碳匯功能。森林普查數(shù)據(jù)顯示，中國的森林面積從 1973—1976 年的 1.1712 億公頃，增加到 2014—2018 年左右的 1.7989 億公頃，森林生物量在過去 40 年間增加了 140 億噸 CO2[21]?！丁笆奈濉绷謽I(yè)草原保護(hù)發(fā)展規(guī)劃綱要》指出，森林的蓄積量計(jì)劃在 2021—2025 年進(jìn)一步達(dá)到 190 億立方米，這是一個(gè)舉世矚目的工程。基于遙感數(shù)據(jù)的研究表明，2000—2017 年，全球綠地面積增加了 5%，而中國的貢獻(xiàn)率約為 25%[22]。

生態(tài)系統(tǒng)的碳儲(chǔ)量、固碳能力及固碳潛力預(yù)測是一個(gè)復(fù)雜的科學(xué)問題。根據(jù)現(xiàn)有的研究結(jié)果，中國區(qū)域已經(jīng)被確認(rèn)的陸地植被、凋落物和 0—1 米深度土壤的有機(jī)碳儲(chǔ)量約 3 633±209 億噸 CO2；其中，植被的有機(jī)碳儲(chǔ)量為 498±119 億噸 CO2，土壤為 2 988±186 億噸 CO2。當(dāng)前，還沒有被確認(rèn)的深層土壤有機(jī)碳約為 2 667 億噸 CO2，泥炭地有機(jī)碳約為 551 億噸 CO2，各類動(dòng)物有機(jī)碳儲(chǔ)量約為 1 億噸 CO2。此外，1 米深度的土壤無機(jī)碳約為 1 727 億噸 CO2，0—2 米深度的土壤無機(jī)碳約 1 954 億噸 CO2（圖 1）。

圖1 中國陸地-海洋的生態(tài)系統(tǒng)碳儲(chǔ)量、固碳效應(yīng)及固碳潛力的預(yù)估Figure 1 Primary estimates of ecosystem carbon storage, carbon sink, and carbon sequestration potential in land and coast in China

不同統(tǒng)計(jì)方法估算的陸地生態(tài)系統(tǒng)碳匯效應(yīng)具有很大的差異，已確認(rèn)的現(xiàn)有陸地有機(jī)碳匯大約為每年 10 億—15 億噸 CO2[15,23-25]，保守的估計(jì)大約為每年 10 億—13 億噸 CO2。根據(jù)各種相對(duì)可靠的信息判斷，在統(tǒng)籌陸地-河流-海洋國土空間的有機(jī)和無機(jī)碳匯的思路下，在現(xiàn)有的碳匯能力基礎(chǔ)上，進(jìn)一步通過碳匯認(rèn)證、增匯工程、生態(tài)管理，以及 Bio-CCUS 或 Eco-CCUS 等措施的綜合運(yùn)用，有望實(shí)現(xiàn)中國生態(tài)碳匯功能的倍增目標(biāo)，即在 2050 年前后，將中國區(qū)域的綜合生態(tài)碳匯能力提升到每年 20 億—25 億噸 CO2的水平。

整理分析文獻(xiàn)數(shù)據(jù)表明，目前還未被確認(rèn)的陸地和海洋有機(jī)碳匯功能約為每年 3.46 億噸 CO2；其中，城市綠地碳匯約為 0.29 億噸 CO2，海岸帶生態(tài)系統(tǒng)藍(lán)色碳匯約為 0.7 億—0.9 億噸 CO2、近海海域海洋的碳匯量約為 2.2 億—2.4 億噸 CO2。因此，可以判斷 2010—2020 年的陸地和海洋實(shí)際有機(jī)碳匯能力為每年 15 億—16 噸 CO2[26-29]。此外，大量研究還表明，我國的荒漠鹽堿地、喀斯特巖溶區(qū)、黃土高原等地區(qū)無機(jī)碳匯，濱海海岸帶藍(lán)色碳匯，以及近海海洋碳匯具有較大的無機(jī)碳匯功能。初步估計(jì)認(rèn)為，中國區(qū)域的無機(jī)碳匯約為每年 1.6 億—1.9 億噸 CO2，其中碳酸鹽巖風(fēng)化作用的無機(jī)碳匯約 1.78 億噸 CO2[30-32]。

3.2 中國區(qū)域生態(tài)碳匯功能區(qū)提升目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)途徑

要實(shí)現(xiàn)中國區(qū)域的生態(tài)碳匯功能區(qū)提升目標(biāo)，需要在綜合利用傳統(tǒng)的農(nóng)林業(yè)減排增匯技術(shù)途徑、生態(tài)工程的增匯途徑、Bio-CCUS 或 Eco-CCUS，以及評(píng)估遴選、開發(fā)創(chuàng)新生態(tài)碳匯關(guān)鍵技術(shù)，并綜合集成為技術(shù)可行、經(jīng)營有效、便于推廣的兼容生態(tài)建設(shè)或管理模式，因地制宜地在不同類型重要碳匯功能區(qū)普及應(yīng)用，全面推進(jìn)國家、區(qū)域的自然保護(hù)及增匯技術(shù)示范應(yīng)用。

生態(tài)系統(tǒng)碳匯地理格局及自然區(qū)劃是制定碳中和行動(dòng)空間布局的基礎(chǔ)。區(qū)域增匯技術(shù)綜合示范的任務(wù)包括：① 開展區(qū)域綜合調(diào)查，摸清碳匯本底；在此基礎(chǔ)上，結(jié)合區(qū)域自然地理?xiàng)l件、社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展需求和已有的生態(tài)保護(hù)和修復(fù)工程，制定區(qū)域碳匯功能提升的目標(biāo)和實(shí)施期限。② 根據(jù)區(qū)域自然地理?xiàng)l件和社會(huì)經(jīng)濟(jì)水平，結(jié)合區(qū)域生態(tài)功能定位，在區(qū)域適用性評(píng)估的基礎(chǔ)上遴選增匯技術(shù)模式進(jìn)行區(qū)域綜合集成，形成系統(tǒng)的區(qū)域增匯技術(shù)模式體系示范。③ 在碳匯立體監(jiān)測體系的支持下，對(duì)區(qū)域碳匯的動(dòng)態(tài)進(jìn)行跟蹤觀測與評(píng)估，獲取增匯技術(shù)示范期間碳匯效應(yīng)、其他生態(tài)功能及經(jīng)濟(jì)社會(huì)功能的變化過程。④ 在增匯技術(shù)示范末期結(jié)合碳匯清查和碳匯立體觀測，依托碳匯數(shù)據(jù)模型平臺(tái)，對(duì)區(qū)域增匯效果進(jìn)行綜合評(píng)估，提煉政策建議和制定技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。

中國的重要碳匯功能區(qū)域增匯綜合示范，是在社會(huì)系統(tǒng)和生態(tài)系統(tǒng)相互作用框架下的立地、景觀到區(qū)域多尺度整合的增匯技術(shù)體系的實(shí)踐應(yīng)用，需要改變傳統(tǒng)增匯技術(shù)應(yīng)用的片段化、難以覆蓋碳匯形成全過程的局面。已有研究發(fā)現(xiàn)：森林特別是中國近幾十年來大量種植的人工林和撫育的天然次生林發(fā)揮著重要的碳匯功能；草原除了高寒草甸外整體上被認(rèn)為是碳中和的；濕地整體上被認(rèn)為是碳源；農(nóng)田土壤是碳源還是碳匯主要卻決于農(nóng)業(yè)技術(shù)模式和區(qū)域環(huán)境條件[5,14,17]。目前，經(jīng)過長期的科學(xué)研究和應(yīng)用積累，對(duì)生態(tài)系統(tǒng)增匯、產(chǎn)業(yè)減排等區(qū)域碳循環(huán)過程的調(diào)控技術(shù)研發(fā)已經(jīng)有很好的基礎(chǔ)，而按照區(qū)域碳循環(huán)的空間格局進(jìn)行增匯技術(shù)的整合仍面臨著巨大的挑戰(zhàn)。

3.3 制定國家層次生態(tài)系統(tǒng)增匯的系統(tǒng)布局方案的科技需求

《中共中央 國務(wù)院關(guān)于完整準(zhǔn)確全面貫徹新發(fā)展理念做好碳達(dá)峰碳中和工作的意見》明確了各行業(yè)需要統(tǒng)籌布局、山水林田湖草綜合治理的工作原則，還設(shè)定了各時(shí)期的階段工作目標(biāo)，如我國森林覆蓋率 2025 年和 2030 年分別達(dá)到 24.1% 和 25% 左右。我國前期的多項(xiàng)工作都為提升碳匯功能的全國統(tǒng)一布局打下了良好基礎(chǔ)。同時(shí)，以往的重大生態(tài)工程也為區(qū)域碳匯能力增強(qiáng)提供了保障，包括“三北”防護(hù)林、南方紅黃壤恢復(fù)區(qū)等都已經(jīng)發(fā)揮了巨大的增匯作用。近期我國推出的長江經(jīng)濟(jì)帶“共抓大保護(hù)、不搞大開發(fā)”戰(zhàn)略、黃河流域生態(tài)保護(hù)和高質(zhì)量發(fā)展戰(zhàn)略都是以各地生態(tài)保護(hù)為前提的，而生態(tài)大保護(hù)也為進(jìn)一步鞏固和提升生態(tài)系統(tǒng)碳匯功能帶來了契機(jī)。

然而，歷時(shí) 50 年、覆蓋全國的巨大生態(tài)碳匯工程需要與自然環(huán)境保護(hù)、生態(tài)環(huán)境治理、區(qū)域可持續(xù)發(fā)展、鄉(xiāng)村振興等國家戰(zhàn)略關(guān)聯(lián)互動(dòng)，也必將會(huì)對(duì)國家及區(qū)域的水安全、糧食安全、資源安全格局產(chǎn)生重大影響；要制定提升碳匯功能、改善生態(tài)環(huán)境、促進(jìn)區(qū)域發(fā)展的多目標(biāo)系統(tǒng)方案還需要強(qiáng)有力的科技支撐，其中理論認(rèn)知、技術(shù)集成、觀測認(rèn)證、核算評(píng)估是 4 項(xiàng)基本科技任務(wù)。

（1）生態(tài)系統(tǒng)循環(huán)及增匯技術(shù)原理的理論認(rèn)知。認(rèn)知生態(tài)系統(tǒng)碳匯形成的過程機(jī)制、動(dòng)態(tài)演變、地理分布、經(jīng)營管理原理是鞏固和提升生態(tài)碳匯的生態(tài)學(xué)基礎(chǔ)。國家的碳匯管理需要以生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)理論為指導(dǎo)，以對(duì)碳匯功能動(dòng)態(tài)監(jiān)測、增匯潛力定量認(rèn)證、技術(shù)模式應(yīng)用功效評(píng)價(jià)為依據(jù)，推進(jìn)局地、區(qū)域、國家不同層級(jí)的社會(huì)實(shí)踐。其基礎(chǔ)科學(xué)問題主要包括：① 生態(tài)碳匯鞏固或增匯技術(shù)措施的有效性、可行性和經(jīng)濟(jì)性；② 碳匯功能評(píng)估的確定性、時(shí)空格局的變異性、技術(shù)效果的持續(xù)性；③ 生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性、對(duì)人為影響的敏感性、對(duì)環(huán)境變化的適應(yīng)性（圖 2）。

圖2 保護(hù)生態(tài)系統(tǒng)碳庫及提升碳匯功能的生態(tài)學(xué)理論及前沿科學(xué)技術(shù)Figure 2 Ecological theories and frontier technologies to protect carbon storage and enhance carbon sink in Chinese terrestrial ecosystems

（2）生態(tài)系統(tǒng)碳匯鞏固和提升的技術(shù)集成。在廣袤的國土空間鞏固和提升生態(tài)系統(tǒng)碳匯功能，需要豐富多樣的關(guān)鍵技術(shù)及生態(tài)系統(tǒng)管理模式應(yīng)用與示范。傳統(tǒng)的農(nóng)林業(yè)減排增匯技術(shù)及生態(tài)工程增匯技術(shù)被認(rèn)為是技術(shù)成熟度最高、經(jīng)濟(jì)成本最低、最易普及、規(guī)模效應(yīng)最大的生態(tài)系統(tǒng)固碳增匯技術(shù)體系。但是，還需要因地制宜地對(duì)潛在增匯技術(shù)措施的有效性、可行性和經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行論證，形成有效的技術(shù)模式，并通過實(shí)驗(yàn)和示范使其得到普及應(yīng)用[8]。與此同時(shí)，更需要前瞻布局具有潛力的 Bio-CCUS 或 Eco-CCUS 技術(shù)開發(fā)，為碳匯倍增目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)做好技術(shù)儲(chǔ)備。

（3）生態(tài)系統(tǒng)碳匯鞏固和提升的觀測認(rèn)證。要制定和實(shí)施有效的系統(tǒng)方案，必須發(fā)展區(qū)域和國家的網(wǎng)絡(luò)化動(dòng)態(tài)立體監(jiān)測體系，建立典型生態(tài)系統(tǒng)、區(qū)域及全國的碳匯功能監(jiān)測技術(shù)，發(fā)展自然和社會(huì)復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)過程模擬分析系統(tǒng)，發(fā)展生態(tài)-氣候-社會(huì)復(fù)合系統(tǒng)演變的預(yù)測理論和方法。面對(duì)我國復(fù)雜的地理格局及經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展水平的區(qū)域差異，統(tǒng)籌分析各區(qū)域及各發(fā)展階段所面臨的生態(tài)環(huán)境問題，預(yù)測各類生態(tài)碳匯工程的碳匯效益及生態(tài)環(huán)境效應(yīng)，認(rèn)知區(qū)域的生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)過程及其機(jī)制的特殊性，認(rèn)證生態(tài)碳匯工程的技術(shù)經(jīng)濟(jì)的可行性、碳匯效應(yīng)及生態(tài)環(huán)境的潛在影響，為國土空間的生態(tài)工程優(yōu)化布局和實(shí)施效果評(píng)估提供科學(xué)依據(jù)。

（4）生態(tài)系統(tǒng)碳匯鞏固和提升的核算評(píng)估。生態(tài)系統(tǒng)碳匯技術(shù)、措施和模式的效應(yīng)評(píng)估、碳匯認(rèn)證及區(qū)域和工程管理是推動(dòng)區(qū)域碳匯功能提升的重要任務(wù)。迫切需要發(fā)展和完善不同類型及區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)碳匯評(píng)估方法，構(gòu)建不同途徑的增匯技術(shù)、措施及模式的碳匯效應(yīng)計(jì)量、評(píng)估和核查的方法學(xué)及技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系。同時(shí)，應(yīng)特別重視建立各種人為增匯技術(shù)和措施的碳匯核算方法、氣候效果的認(rèn)證和評(píng)估技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，發(fā)展可報(bào)告、可計(jì)量和可核查的技術(shù)體系，建立國內(nèi)外通用的碳匯交易的計(jì)量、核算及價(jià)值評(píng)估體系。

4 結(jié)語

中國生態(tài)系統(tǒng)具有巨大的碳匯效應(yīng)且具有很大的提升空間，在國家的“雙碳”目標(biāo)實(shí)現(xiàn)中將扮演重要角色。通過鞏固和提升生態(tài)系統(tǒng)碳匯功能，有望為我國工業(yè)減排保留每年 20 億—25 億噸 CO2的排放空間?？梢哉J(rèn)為這是中國“雙碳”戰(zhàn)略行動(dòng)的“壓艙石”和“穩(wěn)壓器”，因?yàn)樯鷳B(tài)系統(tǒng)碳匯不僅可以為清潔能源和綠色技術(shù)創(chuàng)新和發(fā)展贏得寶貴的緩沖時(shí)間，更重要的是可為國家的經(jīng)濟(jì)社會(huì)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行提供基礎(chǔ)性的能源安全保障。然而，中國未來的生態(tài)系統(tǒng)碳儲(chǔ)量、固碳能力和固碳潛力的預(yù)估，以及生態(tài)碳匯提升行動(dòng)方案的制定既是一個(gè)復(fù)雜的科學(xué)問題，又是一個(gè)涉及全局、全民及涵蓋全域國土空間的經(jīng)濟(jì)社會(huì)長期發(fā)展和社會(huì)實(shí)踐問題。雖然過去 30 余年我國的生態(tài)恢復(fù)取得了巨大成績，生態(tài)系統(tǒng)碳匯能力也得到了較大的提升，但要實(shí)現(xiàn)國家“雙碳”戰(zhàn)略行動(dòng)的生態(tài)系統(tǒng)碳匯倍增目標(biāo)仍然是極其艱巨的重大任務(wù)，需要強(qiáng)大的科技支撐、國家引導(dǎo)、公眾參與、財(cái)政投入。